关于铁路电力10kV电缆接地方式的探讨分析

来源:用户上传      作者:户其晓

　　摘 要：随着电力10kV单芯电缆和三芯电缆在铁路电力供电系统中大量使用，电缆接地方式直接影响电缆的安全运行，本文总结了单芯电缆和三芯电缆接地方式的相关规定和不同方式方法，通过铁路案例分析重点分析铁路三芯电缆接地方式的选择。
　　关键词：铁路;单芯电缆;三芯电缆;接地方式
　　1 绪论
　　铁路电力供电系统中电力10kV单芯电缆和三芯电缆大量使用，且普速铁路大量架空线路被电缆线路所取代，电缆的运营安全是铁路电力供电系统安全可靠的基本保障。电缆的接地方式影响到电缆的运行安全，同时影响铁路设备运行安全的问题，故电缆的接地方式的选址尤为重要。
　　2 10kV电缆接地方式
　　2.1 电缆感应电动势的计算
　　正常运行时感应电压计算：
　　论文[1]详细分析了铁路客运专线单芯电缆金属护套的感应电动势接地计算，分别通过单相回路电缆的感应电势和三相回路电路的感应电势进行了分析计算。
　　2.2 相关规范规定
　　《铁路电力设计规范》（TB1008-2015）规定铁路交流单芯电力电缆，其金属层宜采用在线路一端或中央部位直接接地方式。电缆金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势最大值应符合下列规定：
　　（1）未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，不得大于60V。（2）除上述情况外，不得大于300V。（3）不能满足（1）（2）要求时，接地另一端应通过护层电压限制器接地。
　　以上铁路对于单芯电缆的接地方式的规定与国标《电力工程电缆设计标准》（GB50217-2018）规定单芯电缆接地方式要求基本一致。
　　《高速铁路设计规范》（TB10621-2014）除规定上述要求外，规定10kV电力贯通线电缆金属层连续长度不宜大于三公里。
　　《铁路电力设计规范》（TB1008-2015）规定电力牵引供电区段的交流三芯电力电缆线路的金属层应采用交流单芯电缆的接地方式，其他情况应在电缆线路的两终端和接头等部位实施接地。
　　以上铁路对于三芯电缆的接地方式的规定与国标《电力工程电缆设计标准》（GB50217-2018）4.1.10条规定是有区别的，国标规定交流三芯电缆金属套应在电缆线路的两终端和接头等部位实施直接接地。
　　2.3 接地方式的选择
　　根据电缆感应电势计算公式及相关规定可总结出以下几个特点：
　　（1）接地方式只与电缆芯数有关，而与电压等级无关;
　　（2）护层保护器的选择与电压等级有关;
　　（3）感应电压超过标准时选择交叉互联。
　　论文[2]提出单芯电缆金属护套的接地方式可有以下几种：（1）电缆金属护层一段直接接地，另一端通过护层保护器接地，此种接地方式无环流，感应电压与电缆长度成正比，主要在短电缆线路中使用。（2）电缆金属护层中点直接接地，两段金属护层通过护层保护器接地，此种方式与第一种的方式原理一样，优点比第一种适用电缆的长度扩大了一倍。（3）电缆金属护层交叉互联，这种形式用于较长电缆线路。（4）电缆换位，电缆金属护层交叉互联，这种形式减小单芯电缆对临近电缆的感应电势，此种方式在客专铁路的单芯电缆应用较广。
　　客专铁路电力贯通线采用单芯电力电缆，电缆的一段采用护层保护器接地。电缆护层保护器的原理在于护层保护器呈现高电阻状态，限制电缆金属护套与大地形成的工频感应电缆，从而限制电缆线路金属护套中的工频感应电压，防止电缆护套被击穿，当电缆线路发生短路故障或者过电压导致电缆金属护套中出现过电压时，超出了电缆护层保护器的耐压值，电缆互层保护器呈现低电阻导通状态，迅速泄放故障电流，从而保护电缆的外护套绝缘层。
　　目前随着技术的发展，电缆的在线故障检测装置及系统功能和技术条件逐渐成熟，可实时检测电缆运行过程中电缆的运行数据，当电缆发生故障时，通过检测信号对比，测量故障点长度，迅速确定电缆发生的故障位置，为电缆的运行及故障排除提供较大方便。
　　3 铁路案例分析
　　某铁路项目为客货混铁路项目，电力贯通线采用电缆和架空线的混合方式。电力贯通线的电缆区段采用沿铁路的路基电缆槽、桥梁的路基电缆槽和隧道内电缆槽敷设。
　　工程设计电力电缆采用三芯铠装电缆，电力电缆金属套在电缆线路两终端直接接地。运行过程中发现电缆护层和钢铠存在发热现象，个别地段部分绝缘损坏，电缆烧损。
　　根据对现场环境以及电气化铁路运行情况初步分析，原因可能由于动车组牵引电流较大，特别是电缆线路在电缆槽内敷设，距离接触网相对较近，电力电缆护层和钢铠中的感应电势较大，再结合三芯电缆两端接地的接地方式，电缆护层和钢铠中长期通过电流时会造成环流，可能会引起电缆护层和钢铠发热。
　　此项目后期经过变更设计，将相关所有交流三芯电缆两端接地的接线方式改为单芯电缆的接地方式，即单端接地方式。电缆一端可靠接地，另一端经电缆护层保护器接地。在区间箱变、变电所和配电所的电缆进线端增设电缆护层保护器。解决了运行过程中电缆烧损的问题。
　　根据以上分析电力牵引供电区段的交流三芯电力电缆线路的金属层应参考交流单芯电缆的接地方式，其他情况应在电缆线路两终端和接头等部位实施接地。
　　4 结论
　　本文总结了铁路10kV电缆的几种接地方式，特别结合运营项目的经验及规范规定，重点提示铁路10kV三芯电力电缆的接地方式应区别于电力系统三芯电力电缆的接地方式，特别是电力牵引供电区段应参照交流单芯电缆的接地方式，为相关工程设计提供参考建议。
　　参考文献：
　　[1]李文豪，崔校玉，陈维荣，林德福.客运专线10kV单芯电缆接地方式的研究[J].铁道工程学报，2009，127（4）：39-42.
　　[2]王军，傅永德，郭旭振.单芯電力电缆接地施工技术[J].铁道建筑技术，2011（1）：56-57.
　　[3]TB10008-2015，铁路电力设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2016.
　　[4]TB10621-2014，高速铁路设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2014.
　　[5]GB50217-2018，电力工程电缆设计标准[S].北京：中国计划出版社，2018.
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